CN113352949B - 燃料电池车辆的控制方法、系统及燃料电池车辆 - Google Patents

燃料电池车辆的控制方法、系统及燃料电池车辆 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种燃料电池车辆的控制方法、系统及燃料电池车辆。其中，燃料电池车辆包括燃料电池系统和储能装置，储能装置的温度位于预定温度区间时，储能装置为高效模式，位于预定温度之外时，储能装置为低效模式，控制方法，包括：检测燃料电池系统的输出电压；如果输出电压达到预定电压，则调节储能装置的温度至预定温度区间之外，以便储能装置以低效模式储存燃料电池系统输出的多余电量，以使燃料电池系统的输出电压下降至预定电压之下。本申请的燃料电池车辆的控制方法可以有效避免燃料电池系统因输出电压过高而对燃料电池系统造成损坏，保证了燃料电池系统的良好状态。

Description

燃料电池车辆的控制方法、系统及燃料电池车辆
技术领域
本申请涉及汽车技术领域，特别涉及一种燃料电池车辆的控制方法、系统及燃料电池车辆。
背景技术
燃料电池车辆以燃料电池系统供能为主，燃料电池系统是否良好对燃料电池车辆至关重要。燃料电池系统通过燃料电池堆发电，燃料通过电化学反应氧化，通过氧化反应后释放的能量直接转化成电能。燃料电池堆有一个膜电极组件，用于选择性运输氢离子的聚合物电解质膜由一对由多孔材料形成的电极夹在两侧。每个电极包含碳粉，作为其主要成分，碳粉带有铂类金属催化剂，包含催化剂层和聚合物电解质膜相接处以及一个在催化剂层表面形成的气体扩散层，催化剂层具有渗透性和电子导电性的。
当燃料电池堆的输出电压变化到高电位范围内时，膜电极组件的催化剂层中所含的铂催化剂容易被电离子溶解在高电位环境中，可能会导致燃料电池堆的恶化。为了避免燃料电池堆的恶化，相关技术中，通过蓄电池存储燃料电池系统输出的电能，从而使燃料电池系统的输出电压下降，但是，存在以下技术问题：
很多工况下，车辆的负载用电很少，此时，燃料电池系统输出的电能将存储到蓄电池中，而蓄电池将很快充满电，不能够继续接收燃料电池系统输出的电能，燃料电池堆的输出电压还是会保持在较高的电位，因此，燃料电池堆的恶化情况改善有限，影响燃料电池系统的健康性。
发明内容
有鉴于此，本申请旨在提出一种燃料电池车辆的控制方法。该方法可以有效避免燃料电池系统因输出电压过高而对燃料电池系统造成损坏，保证了燃料电池系统的良好状态。
为达到上述目的，本申请的技术方案是这样实现的：
一种燃料电池车辆的控制方法，所述燃料电池车辆包括燃料电池系统和储能装置，所述储能装置的温度位于预定温度区间时，所述储能装置为高效模式，位于所述预定温度之外时，所述储能装置为低效模式，所述控制方法，包括：检测所述燃料电池系统的输出电压；如果所述输出电压达到预定电压，则调节所述储能装置的温度至所述预定温度区间之外，以便所述储能装置以低效模式储存所述燃料电池系统输出的多余电量，以使所述燃料电池系统的输出电压下降至所述预定电压之下。
进一步的，所述如果所述输出电压达到预定电压，则调节所述储能装置的温度至所述预定温度区间之外，包括：如果所述储能装置的温度接近所述预定温度区间的下限温度，则对所述储能装置进行降温至所述下限温度之下；如果所述储能装置的温度接近所述预定温度区间的上限温度，则对所述储能装置进行升温至所述上限温度之上。
进一步的，所述储能装置为蓄电池，所述蓄电池在低效模式时的剩余电量小于所述蓄电池在高效模式时的剩余电量。
进一步的，还包括：获取道路信息；根据所述道路信息预测所述燃料电池系统的输出电压的变化趋势是否向所述预定电压变化；如果是，则预先调节所述储能装置的温度至所述预定温度区间之外。
进一步的，所述预定电压为所述燃料电池系统的开路电压。
本申请的燃料电池车辆的控制方法，可以有效避免燃料电池系统因输出电压过高而对燃料电池系统造成损坏，保证了燃料电池系统的良好状态。
本申请的第二个目的在于提出一种燃料电池车辆的控制系统。该系统可以有效避免燃料电池系统因输出电压过高而对燃料电池系统造成损坏，保证了燃料电池系统的良好状态。
为达到上述目的，本申请的技术方案是这样实现的：
一种燃料电池车辆的控制系统，包括：燃料电池系统；储能装置，所述储能装置的温度位于预定温度区间时，所述储能装置为高效模式，位于所述预定温度之外时，所述储能装置为低效模式；控制模块，用于检测所述燃料电池系统的输出电压，并在所述输出电压达到预定电压时，调节所述储能装置的温度至所述预定温度区间之外，以便所述储能装置以低效模式储存所述燃料电池系统输出的多余电量，以使所述燃料电池系统的输出电压下降至所述预定电压之下。
进一步的，所述控制模块用于在所述储能装置的温度接近所述预定温度区间的下限温度时，对所述储能装置进行降温至所述下限温度之下，在所述储能装置的温度接近所述预定温度区间的上限温度时，对所述储能装置进行升温至所述上限温度之上。
进一步的，所述储能装置为蓄电池，所述蓄电池在低效模式时的剩余电量小于所述蓄电池在高效模式时的剩余电量。
进一步的，所述控制模块还用于获取道路信息，并根据所述道路信息预测所述燃料电池系统的输出电压的变化趋势是否向所述预定电压变化，如果是，则预先调节所述储能装置的温度至所述预定温度区间之外。
所述的燃料电池车辆的控制系统与上述的燃料电池车辆的控制方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
本申请的第三个目的在于提出一种燃料电池车辆，该燃料电池车辆可以有效避免燃料电池系统因输出电压过高而对燃料电池系统造成损坏，保证了燃料电池系统的良好状态。
为达到上述目的，本申请的技术方案是这样实现的：
一种车辆，设置有如上述任意一个实施例所述的燃料电池车辆的控制系统。
所述的燃料电池车辆与上述的燃料电池车辆的控制系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请一个实施例所述的燃料电池车辆的控制方法的流程图；
图2为本申请一个实施例所述的燃料电池车辆的控制系统的结构框图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1是根据本申请一个实施例的燃料电池车辆的控制方法的流程图。
在描述根据本申请实施例的燃料电池车辆的控制方法之前，首先对燃料电池车辆进行说明，燃料电池车辆包括燃料电池系统和储能装置，储能装置的温度位于预定温度区间时，储能装置为高效模式，位于预定温度之外时，储能装置为低效模式。
具体来说，燃料电池系统包括燃料电池堆、提供给燃料电池堆燃料的供给器、作为可存储和释放电能的储能装置，储能装置例如为可充电的蓄电池、双向的直流/直流转化器，该双向的直流/直流转化器可以选择性地将燃料电池系统的输出电压转换为预定电压，并将其提供给车辆的负载，或将燃料电池系统输出的多余的电能为储能装置充电。当然，如果车辆的负载需求过大，燃料电池系统输出的电能不能够满足的情况下，储能装置可以为车辆的负载提供电能的补偿。
如图1所示，根据本申请一个实施例的燃料电池车辆的控制方法，包括如下步骤：
S101：检测燃料电池系统的输出电压。
S102：如果输出电压达到预定电压，则调节储能装置的温度至预定温度区间之外，以便储能装置以低效模式储存燃料电池系统输出的多余电量，以使燃料电池系统的输出电压下降至预定电压之下。
在具体示例中，预定电压为燃料电池系统的开路电压(OCV，open circuitvoltage)。
储能装置以蓄电池为例，则调节蓄电池的温度至预定温度区间之外，其中，预定温度例如为0°到40°之间，具体来说，将蓄电池的温度至预定温度区间之外，可以使蓄电池的剩余电量(SOC，state of charge)下降，从而使燃料电池系统的输出电压达到开路电压的情况时，蓄电池可以在低效模式下工作，存储燃料电池系统输出的多余的电能。
例如：当蓄电池的温度在0°到40°之间时，蓄电池通过在高效模式下工作，即剩余电量上升，此时，蓄电池很容易充满电，因此，为了能够使蓄电池存储燃料电池系统输出的多余的电能，因此，调节储能装置的温度至预定温度区间之外，可以使蓄电池的剩余电量下降，从而，可以继续存储燃料电池系统输出的多余电能，使燃料电池系统的输出电压下降，避免燃料电池系统的输出电压过高而导致燃料电池的损害。
例如：在城市中，燃料电池系统经常遇到电力需求激增，或者在某些条件下没有电力需求，需要将燃料电池在减速或/和再生制动过程中产生的剩余能量存储在蓄电池中，如果出现频繁的无电源需求时，燃料电池系统的输入电压将持续地达到开路电压，对燃料电池系统不利，即：可以引起催化剂的降解。因此，需要蓄电池存储燃料电池系统输出的电能。
而相关技术中，为了使蓄电池具有高效的工作能力，通常蓄电池工作温度在0°到40°之间，因此，蓄电池很容易充满电，从而不能过多地存储燃料电池系统输出的电能，进而，燃料电池系统持续保持在开路电压，即：高电位，因此，燃料电池系统容易损坏。
而本申请中，通过对蓄电池降温或者升温，使其温度位于0°到40°之外，即：小于0°或者大于40°，此时，蓄电池具有低效的工作能力，即：剩余电量将下降，也就是说，蓄电池在低效模式时的剩余电量小于所述蓄电池在高效模式时的剩余电量。因此，可以持续低存储燃料电池系统输出的电能，进而，燃料电池系统保持在开路电压的时间缩减，因此，避免或减少催化剂的降解，保持燃料电池系统的良好状态。
在本申请的一个实施例中，如果输出电压达到预定电压，则调节储能装置的温度至所述预定温度区间之外，包括：如果所述储能装置的温度接近所述预定温度区间的下限温度，则对所述储能装置进行降温至所述下限温度之下；如果所述储能装置的温度接近所述预定温度区间的上限温度，则对所述储能装置进行升温至所述上限温度之上，其中，储能装置的温度可由多种温度控制方式进行控制，例如，通过热交换装置或冷却剂回路等系统等对储能装置进行加热或冷却。
例如：储能装置的温度接近0°，如5°，则采用降低储能装置温度的方式，可以快速降低到0°以下，再如：储能装置的温度接近40°，如35°，则采用提升储能装置温度的方式，可以快速升高到40°以上，从而，可进一步缩减燃料电池系统保持在开路电压的时间，进而，保持燃料电池系统的良好状态。
在本申请的一个实施例中，燃料电池车辆的控制方法，还包括：获取道路信息；根据所述道路信息预测所述燃料电池系统的输出电压的变化趋势是否向所述预定电压变化；如果是，则预先调节所述储能装置的温度至所述预定温度区间之外。
具体来说，可以预测车辆的燃料电池系统的OCV状况。可以借助车辆导航和/或其他车辆到基础设施的通信，预测车辆路线上的道路情况，从而确定燃料电池系统的使用情况，进而预测出OCV的大致情况，从而可以提前使蓄电池有足够的空间存储燃料电池系统输出的电能，进而，避免燃料电池系统中催化剂的降解，有效地保护了燃料电池系统。
根据本申请实施例的燃料电池车辆的控制方法，可以有效避免燃料电池系统因输出电压过高而对燃料电池系统造成损坏，保证了燃料电池系统的良好状态。
图2是根据本申请一个实施例的燃料电池车辆的控制系统的结构框图。如图2所示，根据本申请一个实施例的燃料电池车辆的控制系统200，包括：燃料电池系统210、储能装置220和控制模块230。
其中，储能装置220的温度位于预定温度区间时，所述储能装置220为高效模式，位于所述预定温度之外时，所述储能装置220为低效模式。控制模块230用于检测所述燃料电池系统的输出电压，并在所述输出电压达到预定电压时，调节所述储能装置220的温度至所述预定温度区间之外，以便所述储能装置220以低效模式储存所述燃料电池系统输出的多余电量，以使所述燃料电池系统的输出电压下降至所述预定电压之下。
在本申请的一个实施例中，所述控制模块230用于在所述储能装置220的温度接近所述预定温度区间的下限温度时，对所述储能装置220进行降温至所述下限温度之下，在所述储能装置220的温度接近所述预定温度区间的上限温度时，对所述储能装置220进行升温至所述上限温度之上。
在本申请的一个实施例中，所述储能装置220为蓄电池，所述蓄电池在低效模式时的剩余电量小于所述蓄电池在高效模式时的剩余电量。
在本申请的一个实施例中，所述控制模块230还用于获取道路信息，并根据所述道路信息预测所述燃料电池系统的输出电压的变化趋势是否向所述预定电压变化，如果是，则预先调节所述储能装置220的温度至所述预定温度区间之外。
根据本申请实施例的燃料电池车辆的控制系统，可以有效避免燃料电池系统因输出电压过高而对燃料电池系统造成损坏，保证了燃料电池系统的良好状态。
需要说明的是，本申请实施例的燃料电池车辆的控制系统的具体实现方式与本申请实施例的燃料电池车辆的控制方法的具体实现方式类似，具体请参见方法部分的描述，为了减少冗余，此处不做赘述。
进一步地，本申请的实施例公开了一种燃料电池车辆，设置有如上述任意一个实施例中的燃料电池车辆的控制系统。该燃料电池车辆可以有效避免燃料电池系统因输出电压过高而对燃料电池系统造成损坏，保证了燃料电池系统的良好状态。
另外，根据本申请实施例的燃料电池车辆的其它构成以及作用对于本领域的普通技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，此处不做赘述。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种燃料电池车辆的控制方法，其特征在于，所述燃料电池车辆包括燃料电池系统和储能装置，所述储能装置的温度位于预定温度区间时，所述储能装置为高效模式，位于所述预定温度之外时，所述储能装置为低效模式，所述控制方法，包括：
检测所述燃料电池系统的输出电压；
如果所述输出电压达到预定电压，则调节所述储能装置的温度至所述预定温度区间之外，以便所述储能装置以低效模式储存所述燃料电池系统输出的多余电量，以使所述燃料电池系统的输出电压下降至所述预定电压之下；
获取道路信息；
根据所述道路信息预测所述燃料电池系统的输出电压的变化趋势是否向所述预定电压变化；
如果是，则预先调节所述储能装置的温度至所述预定温度区间之外。
2.根据权利要求1所述的燃料电池车辆的控制方法，其特征在于，所述如果所述输出电压达到预定电压，则调节所述储能装置的温度至所述预定温度区间之外，包括：
如果所述储能装置的温度接近所述预定温度区间的下限温度，则对所述储能装置进行降温至所述下限温度之下；
如果所述储能装置的温度接近所述预定温度区间的上限温度，则对所述储能装置进行升温至所述上限温度之上。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池车辆的控制方法，其特征在于，所述储能装置为蓄电池，所述蓄电池在低效模式时的剩余电量小于所述蓄电池在高效模式时的剩余电量。
4.根据权利要求1所述的燃料电池车辆的控制方法，其特征在于，所述预定电压为所述燃料电池系统的开路电压。
5.一种燃料电池车辆的控制系统，其特征在于，包括：
燃料电池系统；
储能装置，所述储能装置的温度位于预定温度区间时，所述储能装置为高效模式，位于所述预定温度之外时，所述储能装置为低效模式；
控制模块，用于检测所述燃料电池系统的输出电压，并在所述输出电压达到预定电压时，调节所述储能装置的温度至所述预定温度区间之外，以便所述储能装置以低效模式储存所述燃料电池系统输出的多余电量，以使所述燃料电池系统的输出电压下降至所述预定电压之下；
所述控制模块还用于获取道路信息，并根据所述道路信息预测所述燃料电池系统的输出电压的变化趋势是否向所述预定电压变化，如果是，则预先调节所述储能装置的温度至所述预定温度区间之外。
6.根据权利要求5所述的燃料电池车辆的控制系统，其特征在于，所述控制模块用于在所述储能装置的温度接近所述预定温度区间的下限温度时，对所述储能装置进行降温至所述下限温度之下，在所述储能装置的温度接近所述预定温度区间的上限温度时，对所述储能装置进行升温至所述上限温度之上。
7.根据权利要求5或6所述的燃料电池车辆的控制系统，其特征在于，所述储能装置为蓄电池，所述蓄电池在低效模式时的剩余电量小于所述蓄电池在高效模式时的剩余电量。
8.一种燃料电池车辆，其特征在于，设置有如权利要求5-7任一项所述的燃料电池车辆的控制系统。
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